回收廢塑膠應用於鋼鐵工業

 

刊登日期:2015/9/2
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李守仁/ 健行科技大學、白立文/ 工研院材化所

鋼鐵工業為國力之指標,屬技術、資本、能源密集產業,與汽車、營建、航空、造船、機械、電機、家電、3C電子、國防等產業密切相關,夙有工業之母之稱。鋼鐵工業為各國重要基礎產業,其發展良窳影響經濟發展至深,但同時亦是大量排放二氧化碳之重污染產業-生產每公噸粗鋼約需排放 1.03〜1.36噸的二氧化碳,其中以高爐製程之汙染最鉅,二氧化碳排放約佔全體製鋼流程的68%。

將已生成之二氧化碳進行碳封存與捕捉,為現今廣受討論的減碳方式。依據日本估算,碳封存與捕捉的成本,換算約相當於 NT$ 1068〜1424 /噸粗鋼,歐盟的估算則相當於 NT$ 808〜3720/噸粗鋼。碳封存與捕捉之外,欲減少鋼鐵工業的二氧化碳排放量,除提升煉鋼爐之能源效率外,使用替代燃料(包括以木炭取代焦炭、增加 PCI (Pulverize Coal Injection)煤使用量、增加天然氣使用量、選用綠色電力等)、製程回收物再利用、回收爐石為水泥生料以及煉鋼製程以廢塑膠替代焦炭等,皆有助於減少二氧化碳的排放。本文將扼要介紹日本JFE鋼鐵公司將廢塑膠回收應用於煉鋼高爐的廢塑膠微粉化技術 (Advanced Plastic Recycling;APR)。

日本於 1970年制訂「廢棄物處理與清理法」,以作為廢棄物處理的法律基礎。1980年代後,由於最終處理場不足以及有毒廢棄物的問題浮現,只規範排放廢棄物的處理已不足以因應實務所面對之問題,日本遂於1991年重新以回收再利用觀點制訂了「資源有效利用推動法」,之後進一步考量整體環境的廢棄物、回收問題,陸續制訂了「環境基本法」(1993年)、「容器包裝分類收集以及再商品推動法」(以下簡稱為「容器包裝回收法」,1995年)以及「特定家用機器再商品化法」(1996年)。

NEDO於1988年起將產業技術研究開發、環境建構延伸至能源領域,進行環境負載減量技術、廢棄物處理/回收技術的研究開發,藉由提升企業能源效率,開發二氧化碳減排技術,並導入相關設備,其中最值得觀注的是塑膠。1990年,日本國內塑膠年產量已達1200萬噸,消耗量也突破1000萬噸。1998年,塑膠年廢棄量超過1000萬噸,廢塑膠的有效減量或利用遂成燃眉之急。有鑑於一般家庭廢棄物增加,導致掩埋處理場不足或燃燒時的環境問題,1995年制訂的「容器包裝回收法」特別著重於廢塑膠的回收。透過地方政府的收集運作,提供了廢塑膠穩定的供應量。日本JFE鋼鐵自1996年起以產業廢棄塑膠作為高爐還原劑,不但可以減少塑膠廢棄量,也同步減少了工廠的二氧化碳排放。


圖一、高爐內鐵礦石與塑膠的還原反應

 利用高爐煉鋼時,需使用鐵礦(石)原料與還原劑。一般多以焦炭作為還原劑。然而焦炭的來源有限,大量煉鋼時需要大量焦炭,時而帶動了焦炭的價格上漲。1980年代,為了減少焦炭用量,開發了高爐進料口微粉碳進料技術。塑膠主體為由碳(C)與氫(H)所組成的化合物,於高爐中會因高溫而熱分解為碳與氫,其所產生之碳、氫與焦炭一樣,皆可以用來還原鐵礦石。還原定義之一即為失去氧。以塑膠作為還原劑時,氫可與鐵礦石成分之氧結合成水(H2O),由此氫取代了部分碳之還原劑角色,從而減少了煉鋼製程中二氧化碳的生成量,故具有減緩地球暖化的作用(圖一、圖二)。值得留意的是-----以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

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